Металлы

1.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
___________________________________________________________________
Колледж
(на правах факультета непрерывного профессионального образования)
Металлы
АВТОР: к.х.н. ЧУМАЧЕНКО Е.В.
Санкт-Петербург, 2024

2.

Цель занятия:
сформировать представление о металлах.
Задачи:
Образовательная: изучить классификацию и
свойства металлов.
Развивающая: развивать умение работать с
первоисточником и дополнительной
информацией: выделять главное и составлять
опорный конспект; развивать память, логическое
мышление, внимание.
Воспитательная: воспитывать аккуратность,
трудолюбие, патриотические, эстетические и
нравственные качества.

3.

Учебные вопросы
1. Положение металлов в периодической
системе химических элементов.
2. Особенности строения атомов металлов.
3. Нахождение в природе.
3. Классификация металлов.
4. Физические свойства металлов.
5. Химические свойства металлов.
6. Получение металлов.
7. Механические и технологические
свойства металлов.
8. Применение металлов.

4. Что же такое металлы?

• Металлы (от лат. metallum —
шахта,
рудник)
—
группа
элементов, в виде простых
веществ,
которые
обладают
характерными металлическими
свойствами, такими как высокие
тепло- и электропроводность,
положительный температурный
коэффициент
сопротивления,
высокая
пластичность
и
металлический блеск.

5. Положение металлов в периодической системе химических элементов

• В периодической системе более 3/4 мест
занимают металлы. Они находятся в I, II, III группах,
в побочных подгруппах всех групп. Некоторые
металлы обладают амфотерными свойствами и
иногда могут вести себя как неметаллы.
• Особенностью строения атомов металлов
является небольшое количество электронов на
внешнем электронном слое, не превышающее трех.
• Атомы металлов имеют, как правило, большие
атомные радиусы. В периодах наибольшие атомные
радиусы у щелочных металлов. Отсюда их наиболее
высокая химическая активность, т. е. атомы
металлов легко отдают электроны, — являются
хорошими восстановителями.
• Лучшие восстановители — металлы I и II групп
главных подгрупп.
• В соединениях металлы проявляют всегда
положительную степень окисления, обычно от +1 до
+4.

6. Особенности строения атомов металлов

• По сравнению с атомами неметаллов, атомы
металлов имеют большие размеры.
• Внешние электроны атомов металлов слабо
связаны с ядром, металлы их легко отдают,
проявляя
в
химических
реакциях
восстановительные свойства.
• На внешнем энергетическом уровне – от 1 до
3 электронов.
• На внешнем уровне у Sn, Pb, Bi, Po –от 4 до 6
электронов.
• Небольшая электроотрицательность.
• Ионная и металлическая химическая связь.

7. Нахождение в природе металлов

Металлы присутствуют в природе как в самородном состоянии (самородные металлы), так и в виде
различных соединений. В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо
плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро.
Реже – медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших
количествах в виде зерен или вкраплений в различных минералах. Лишь изредка они образуют
большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг. Иногда металлы
практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого
железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из
метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в
составе минералов.
Очень часто это оксиды. Например, оксид железа (III) Fe2O3 – гематит, или красный железняк.
Fe3O4 – магнетит, или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные
соединения: галенит ZnS, киноварь HgS.
Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды,
карбонаты).
Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называются природные образования,
содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы.
Обычно перед получением металла из руды руду обогащают, удаляя пустую породу и различные
примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для
металлургической промышленности.

8.

Сильвин — хлорид калия
KCl с примесями
Корунд - оксид алюминия Al2O3
Галит - хлорид натрия NaCl
Кальцит - карбонат кальция CaCO3
Гематит
оксид железа(III) Fe2O3
Галенит – сульфид свинца(II) PbS

9.

Самородное золото Au
Самородное серебро Ag
Самородная платина Pt
Медный блеск - сульфид
меди (I) Cu2S
Малахит - гидроксокарбонат
меди(II) (CuOH)2CO3
Киноварь - сульфид
ртути(II) HgS

10. Классификация Металлов

• Черные (Fe и его сплавы, Mn, Cr)
• Драгоценные (Au, Ag, Pt, Ir, Os, Pd)
• Редкие (Ti, Ge, Zr, La, In, Be, Mo, V)
Цветные делятся на
• Легкие: (Ca, Al, Mg)
• Тяжелые: (Cu, Pb, Sn, Zn)
• Драгоценные (Au, Ag, Pt, Ir, Os, Pd)
Также выделяют:
• щелочные (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
• щелочно-земельные (Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)

11. Физические свойства металлов

• Металлический блеск (характерен не
только для металлов: его имеют и
неметаллы йод и углерод в виде графита).
• Хорошая электропроводность.
• Возможность
лёгкой
механической
обработки .
• Высокая плотность (обычно металлы
тяжелее неметаллов).
• Высокая
температура
плавления
(исключения: ртуть, галлий и щелочные
металлы).
• Большая теплопроводность.
• В реакциях чаще всего являются
восстановителями.

12. Электрохимический ряд напряжения металлов

• Электрохимический ряд напряжений металлов - это
последовательность металлов, в которой слева направо их
восстановительные свойства уменьшаются.
• 1) Металлы, находящиеся в ряду напряжений левее водорода,
способны вытеснять его из кислот в растворе.
• 2) Металл способен вытеснять из растворов солей другие металлы,
которые стоят в ряду напряжений после него.

13. Химические свойства металлов

• По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они
сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные
ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях,
протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду
напряжений металлов, или ряду стандартных электродных потенциалов металлов.
• Чем левее стоит металл в ряду стандартных электродных потенциалов, тем более сильным
восстановителем он является, самый сильный восстановитель – металлический литий,
золото – самый слабый, и, наоборот, ион золото (III) – самый сильный окислитель, литий (I)
– самый слабый.
• Каждый металл способен восстанавливать из солей в растворе те металлы, которые стоят в
ряду напряжений после него, например, железо может вытеснять медь из растворов ее
солей. Однако следует помнить, что металлы щелочных и щелочно-земельных металлов
будут взаимодействовать непосредственно с водой.
• Металлы, стоящее в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов
разбавленных кислот, при этом растворяться в них.
• Восстановительная активность металла не всегда соответствует его положению в
периодической системе, потому что при определении места металла в ряду учитывается не
только его способность отдавать электроны, но и энергия, которая затрачивается на
разрушение кристаллической решетки металла, а также энергия, затрачиваемая на
гидратацию ионов.

14. Химические реакции металлов:

• металлы от лития до натрия (см. ряд напряжений)
вытесняют водород при н.у. с образованием
щелочей:
2Na+2H2O = 2NaOH+H2↑
• металлы, стоящие левее водорода, реагируют с
разбавленными кислотами с образованием солей и
выделением водорода:
2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2↑
• металлы реагируют с растворами солей менее
активных металлов, восстанавливая при этом менее
активный металл, с образованием соли более
активного металла:
Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu

15. Взаимодействие металлов с простыми веществами

С кислородом большинство металлов
образует оксиды – амфотерные и основные:
4Li + O2 = 2Li2O,
4Al + 3O2 = 2Al2O3.
Щелочные металлы, за исключением лития,
образуют пероксиды:
2Na + O2 = Na2O2.
С галогенами металлы образуют соли
галогеноводородных кислот, например,
Cu + Cl2 = CuCl2.
С водородом самые активные металлы
образуют ионные гидриды – солеподобные
вещества, в которых водород имеет степень
окисления -1.
2Na + H2 = 2NaH.
С серой металлы образуют сульфиды – соли
сероводородной кислоты:
Zn + S = ZnS.
• С азотом некоторые металлы
образуют нитриды, реакция
практически всегда протекает при
нагревании:
3Mg + N2 = Mg3N2.
• С углеродом образуются карбиды:
4Al + 3C = Al3C4.
• С фосфором – фосфиды:
3Ca + 2P = Ca3P2.
• Металлы могут взаимодействовать
между собой, образуя
интерметаллические соединения:
2Na + Sb = Na2Sb,
3Cu + Au = Cu3Au.
• Металлы могут растворяться друг в
друге при высокой температуре без
взаимодействия, образуя сплавы.

16. Получение металлов

• Пирометаллургия - получение металлов из их
руд при помощи различных восстановителей
при высоких температурах:
FeO+C = Fe+CO
Cr2O3+2Al = Al2O3+2Cr
• Гидрометаллургия - получение металлов из
раствора соли металла путем вытеснения более
активным металлом:
– на первом этапе оксид металла растворяют в
кислоте с целью получения раствора соли
металла:
CuO+H2SO4 = CuSO4+H2O
– на втором этапе из полученного раствора более
активным металлом вытесняют "нужный" металл:
CuSO4+Fe = FeSO4+Cu
• Электрометаллургия - получение металлов
электролизом растворов (расплавов) их
соединений (роль восстановителя выполняет
электрический ток).

17. Механические свойства металлов

• Основными механическими свойствами металлов
является их твердость, упругость, прочность, вязкость и
пластичность.
• При соприкосновении двух металлов могут образоваться
микро вмятины, но более твердый металл способен
сильнее противостоять ударам. Такая сопротивляемость
поверхности металла ударам извне и есть его твердость.
• Чем же твердость металла отличается от его прочности.
Прочность, это способность металла противостоять
разрушению под действием каких-либо других внешних
сил.
• Под упругостью металла понимается его способность
возвращать первоначальную форму и размер, после того
как нагрузка, вызвавшая деформацию металла устранена.
• Способность металла менять форму под внешним
воздействием называется пластичностью.

18. Технологические свойства металлов

Технологические свойства металлов и сплавов важны в первую очередь при их производстве, так как от
них зависит способность подвергаться различным видам обработки с целью создания разнообразных
изделий.
Среди основных технологических свойств можно выделить:
• ковкость;
• текучесть;
• свариваемость;
• прокаливаемость;
• обработку резанием;
• под ковкостью понимается способность металла менять форму в нагретом и холодном состояниях.
ковкость метала, была открыта еще в глубокой древности, так кузнецы, занимающиеся обработкой
металлических изделий, превращением их в мечи или орала (в зависимости от потребности) на
протяжении многих веков и исторических эпох были одной из самых уважаемых и востребованных
профессий;
• способность двух металлических сплавов при нагревании соединяться друг с другом называют
свариваемостью;
• текучесть металла тоже очень важна, она определяет способность расплавленного метала растекаться по
заготовленной форме;
• свойство металла закаливаться называется прокаливаемостью.

19. Практическое использование отдельных металлов

Ювелирные изделия ( Ag, Au, Cu).
Электротехническая промышленность (Cu, Al).
Медицина (протезы, брекеты) (Ti, Ni…).
Ядерная энергетика (U).
Производство осветительных приборов (W, Mo).
Катализаторы (Pt, Fe, Ni и др.) .
Легирующие добавки для стали (W, Mo, Ni, Cr, ).
Автомобильный, авиационный,
железнодорожный транспорт (Fe, Al, Ti).
Строительство (конструкционные материалы)
(Fe).
Искусство (Au, Cu, Sn,)

20. Интересные факты о металлах

Самым твердым металлом на Земле является хром. Этот голубоватобелый метал был открыт в 1766 году под Екатеринбургом.
И наоборот, самыми мягкими металлами являются алюминий, серебро
и медь. Благодаря своей мягкости они нашли широкое применение в
разных областях, например, в электроаппаратостроении.
Золото – которое на протяжении веков было самим драгоценным
металлом имеет и еще одно любопытное свойство – это самый
пластичный металл на Земле, обладающий к тому же отличной
тягучестью и ковкостью. Также золото не окисляется при нормальной
температуре (для этого его нужно нагреть до 1000С), обладает высокой
теплопроводностью и влагоустойчивостью. Наверняка все эти
физические характеристики делают настоящее золото таким ценным.
Ртуть – уникальный металл, прежде всего тем, что он единственный из
металлов, имеющий жидкую форму. Причем в природных условиях
ртути в твердом виде не существует, так как ее температура плавления
-380С, то есть в твердом состоянии она может существовать в местах, где
просто таки очень холодно. А при комнатной температуре 180С ртуть
начинает испаряться.
Вольфрам интересен тем, что это самый тугоплавкий металл в мире,
чтобы он начал плавиться нужна температура 34200С. Именно по этой
причине
в
электрических
лампочках
нити
накаливания,
принимающие основной тепловой удар, изготовлены из вольфрама.

21. Вывод

Можно сделать вывод, что
металлы являются неотъемлемой
частью
жизни
человечества.
Металлы применяется во всех
отраслях
промышленности,
науке
и
технике.
Также
нахождение металлов в природе
играет особую роль в их добыче.
И не стоит забывать, что
металлы
имеют
свою
определенную классификацию.

22. Литература

• https://rskrep.ru/articles/blog/kharakteristiki-raznykh-vidov-metalla/
• https://www.yaklass.ru/p/himija/89-klass/klassy-neorganicheskikhveshchestv-14371/metally-15154/re-16a50d6e-828d-4852-bac73ecaf61d6301
• https://metallsmaster.ru/klassifikaciya-metallov/
• http://www.yoursystemeducation.com/obshhie-fizicheskie-i-ximicheskiesvojstva-metallov/
• https://ido.tsu.ru/schools/chem/data/res/neorg/uchpos/text/g1_3_8.html
• https://interneturok.ru/lesson/chemistry/11-klass/osnovnye-metally-inemetally/obschie-sposoby-polucheniya-metallov-korroziya
• https://www.poznavayka.org/fizika/svoystva-metallov/

23. Спасибо за внимание!